摩擦摆隔震结构地震反应谱的计算分析

探讨了摩擦摆基底隔震结构的地震反应谱规律。采用上部结构-摩擦摆两质点模型并利用系统振动微分方程，计算绘制了设计参数(质量比、摩擦系数、滑道半径)不同取值下上部结构的绝对加速度、侧向位移和基底水平滑移反应谱。结果表明：摩擦摆系统对刚度较大的上部结构具有良好的隔震效果。摩擦系数对上部结构的加速度反应、层间水平侧移和系统滑移均有较大的影响，质量比的影响次之．而滑道半径仅对系统滑移有较为显著的作用。     

低应力区岩石变形记忆效应形成机制及失忆性

地应力信息储存于开挖后的岩石中,变形率变化法(DRA)是基于岩石变形记忆效应测量地应力的方法,正确的机制是认识变形记忆效应与推广、改进DRA法的基础。传统推测的机制并不能解释低应力区存在变形记忆效应及失忆性等现象。首先进行火山沉积岩试样的物理试验,证明低应力区仍然存在变形记忆效应,记忆信息可同时采用侧向应变及轴向应变测量,两者精度一致。提出在低应力区,岩石变形记忆效应机制为微裂纹接触面及颗粒接触面的摩擦滑动。基于此机制,采用弹性元件、黏性元件和圣维南体构建相应的轴对称理论基本单元模型及多接触面理论模型。进行不同放置时间下的单轴循环压缩试验。结果表明,由轴对称理论模型可以得到低应力区岩石变形记忆效应、侧向DRA曲线与轴向DRA曲线准确度一致且在记忆信息处向上弯曲等、并对失忆性现象进行了初探。理论模型与物理试验结果一致,由此证明微裂纹接触面及颗粒接触面的摩擦滑动可以得到低应力区岩石变形记忆效应。同时,理论模型及物理试验结果为提高DRA法的测量准确度提供了依据。     

土工格栅拉拔试验及筋材摩擦受力特性研究

土工格栅与土的相互作用特性是影响土工格栅加筋结构稳定性的重要因素。通过室内拉拔试验,针对不同的上覆荷载,对土工格栅受拉时表面摩擦力分布特征进行了研究。试验结果表明,格栅表面摩擦力沿着格栅纵向逐渐向后传递,并在拉拔的前期增长明显,后期趋于一个稳定值;利用S型曲线模拟了土工格栅的应变与拉拔时间的相关关系。通过不同埋设位置的检测点所得到的格栅即时应变数据,拟合出格栅的三维应变曲面?(x, t);对格栅表面上的摩擦力进行全段积分,得到格栅拉拔力的时程函数T(t)。该试验结果对土工格栅加筋结构设计具有一定的参考价值。     

土工织物与土的直剪摩擦试验研究

土工织物作为一种新型的建筑材料，因经济和技术及过滤、排水、隔离、加筋、防护作用的优势，国外自20世纪50年代后期，我国自70年代后期广泛应用于岩土工程的各个方面。土与织物界面相互作用的机理十分复杂，室内测试目前还处于探索和完善阶段。主要介绍土工织物与土的直剪摩擦试验方面的研究。     

断裂带同震温度负异常机制分析

断裂带同震温度响应,可在震后钻孔测温中获得并识别,为发震断层摩擦特性与发震机制等基础研究提供了非常独特的思路和有效手段.集集、汶川及日本东北大地震后,实施了台湾车笼埔断层钻探项目(TCDP)、汶川地震断裂带科学钻探工程(WFSD)和日本海沟快速钻探计划(JFAST).钻孔测温结果表明:滑移面上下5～20m范围内存在温度正异常,这是同震摩擦生热所致,该机制已被广泛认识和接受;同时,距滑移面20～60m范围内也存在明显的温度负异常,但其成因机制几乎还未被真正关注和认识.虽然温度负异常峰值只有正异常峰值的1/4～1/3,但温度负异常分布范围却是正异常分布范围的3～4倍,即正、负温度异常区对应的总能量基本相当.因此,断裂带震后钻孔测温中的负异常及其成因不容忽视.在详细分析几种可能的同震温度负异常机制后(如岩层热物性分布差异、流体运移、表面自由能增大及同震应力释放),发现能在理论、实验及野外观测上都得到支撑的普适性机制只有同震应力释放.这可能是断裂带震后温度负异常的主要原因.     

基于Dieterich地震发生率模型分析前震成因的力学机制

前震是地震前兆观测中的一个重要物理量,前震的研究对地震预测的发展尤为重要,前震序列的典型特征包括加速发生的小震与古登堡-里克特定律(Gutenberg-Richter Law)中的b值变小.本文在Dieterich提出的地震发生率模型的基础上,探讨前震发生的力学成因机制及前震-主震-余震时域演化特征.模型分析结果表明,前震震源区断层及其断层周边剪应力加载速率的变化可能是前震发生及地震发生率变化的一个关键原因.由于前震震源区次级断层之间剪应力加载速率受来自主震成核过程中断层自加速滑移的影响升高,从而可导致这些次级断裂的加速失稳,即加速前震的发生.当震源区内由前震所产生的静态应力扰动不可忽略时,应力扰动和主震成核的共同作用也可对后续前震发生率产生影响.当正向应力扰动出现时,后续的前震序列的地震发生率会出现陡增,随后其地震发生率逐渐下降.而当负向应力扰动出现时,地震发生率会出现陡降,然后再次逐渐上升.基于Kostrov模型,本文得到了剪应力加载速率与古登堡-里克特定律中b值的关系式,结果表明前震序列中b值的减小与前震区内的剪应力加载速率的上升有关.     

用于收集岸基海浪能的弹簧辅助摩擦纳米发电机

海浪能取之不尽,用之不竭,是最重要的可再生能源之一,具有广阔的发掘潜力。本文提出一种用于收集岸基海浪能的新型弹簧辅助摩擦纳米发电机(spring-assisted triboelectric nanogenerator, SS-TENG)。SS-TENG通过“海浪-浮台-弹簧”传动结构实现海浪能的转化,避免了与海水直接接触,减少了腐蚀环境对发电模块的损坏。SS-TENG通过两种方式显著增强了输出性能,一是利用发电模块中弹簧弹性势能的释放增大各个摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)单元电极层与介电层的瞬间接触速度,使得单个TENG单元输出的峰值电流(peak current,IP)从7.36μA增加到12.12μA;二是利用发电模块中各个TENG单元间的同步运动,将它们进行简单的并联即可实现输出的大幅增加,使得单个TENG单元输出的IP从12.12μA增加到4个并联的43.86μA。SS-TENG转化成的电能可为数字计算器充电并成功点亮160盏LED灯,验证了SS-TENG的输出能力。SS-TENG结构简单、制作成本低、输出性能及工作的长期...     

颗粒材料粘滑现象及其物理机制的试验研究

颗粒材料系统在剪切过程中存在应力突变的情况,为了探究颗粒材料在剪切过程中的宏观力学响应与其细观参数的内在联系,通过室内直剪试验,研究了颗粒材料系统在受压剪作用下的粘滑(stick-slip)行为。将玻璃微珠作为颗粒材料进行了不同正应力下的直剪试验,并引入率态摩擦模型(RSF)对试验结果进行了定量分析,通过强度阶跃试验得到了率态摩擦模型相关参数。试验结果表明:(1)不同正应力下的粘滑曲线变化趋势基本相同,并呈现周期性的规律,但粘滑导致的应力降和周期随正应力的减小而减小;(2)在施加的压力范围内,通过计算得到其刚度比κ均小于1,且κ随正应力的增大而减小,这说明该颗粒材料满足失稳判据,试验现象与理论预测相符。成果为研究地震发生机理提供了思路,据此可推测断层的粘滑失稳及地震发生是由于断层面的滑移速度瞬时改变引起的,κ值越小其峰值粘滑速率越大,同时产生的应力降和粘滑周期越大。     

应力扰动对断层摩擦声发射活动影响的实验研究

利用中尺度岩石摩擦实验开展了应力扰动对断层摩擦滑动过程中声发射活动影响的实验研究,据此讨论同震应力变化引起的小震活动特征及其预测意义.实验结果表明方波状应力扰动对粘滑失稳前的声发射活动有明显影响,即触发了一些声发射事件,使得粘滑发生前声发射活动增强并使出现的时间提前.这种影响随平均正应力的提高和扰动振幅的增大而增强,其...     

摩擦摆支座剪力销装置剪断力试验研究

针对实际桥梁工程应用中常见的摩擦摆支座剪力销装置的剪断力进行试验研究。分析了摩擦摆支座水平承载力达到发挥其减隔震功能所需起始力时，支座摩擦力对剪力销剪断力的影响规律，研究结果表明，剪力销剪断时支座摩擦力占比较大且不可忽略。通过摩擦摆支座剪力销单体剪断试验、支座水平滞回性能试验及支座减隔震起始力试验，验证了摩擦摆支座发挥减隔震功能前的约束力主要是由支座摩擦力和剪力销剪断力组成，并分析了剪力销不同排列布置方式对其整体剪断力的影响规律。试验结果表明，进行剪力销设计时有必要考虑支座摩擦力的影响，且剪力销布置排数越少越有利于剪断。